JAJY148 December   2024 AMC0106M05 , AMC0106M25 , AMC0136 , AMC0311D , AMC0311S , AMC0386 , AMC0386-Q1 , AMC1100 , AMC1106M05 , AMC1200 , AMC1200-Q1 , AMC1202 , AMC1203 , AMC1204 , AMC1211-Q1 , AMC1300 , AMC1300B-Q1 , AMC1301 , AMC1301-Q1 , AMC1302-Q1 , AMC1303M2510 , AMC1304L25 , AMC1304M25 , AMC1305M25 , AMC1305M25-Q1 , AMC1306M05 , AMC1306M25 , AMC1311 , AMC1311-Q1 , AMC131M03 , AMC1336 , AMC1336-Q1 , AMC1350 , AMC1350-Q1 , AMC23C12 , AMC3301 , AMC3330 , AMC3330-Q1

 

  1.   1
  2.   はじめに
  3.   絶縁型シグナル チェーンの紹介
    1.     絶縁型アンプと絶縁型変調器の比較
      1.      概要
      2.      絶縁型アンプの概要
      3.      絶縁型変調器の概要
      4.      絶縁型アンプと絶縁型変調器の性能比較
      5.      トラクション インバータにおける絶縁型変調器
      6.      推奨する絶縁型アンプおよび変調器
      7.      まとめ
    2.     TI 初の超広範囲の沿面距離と空間距離に対応した絶縁型アンプ
      1.      アプリケーション ブリーフ
  4.   選択ツリー
  5.   電流検出
    1.     絶縁型データ コンバータのシャント抵抗の選択
      1.      17
    2.     絶縁型電流センシングの設計上の考慮事項
      1.      19
      2.      まとめ
      3.      参考資料
      4.      関連ウェブサイト
    3.     ±50mV 入力およびシングルエンド出力を備えた絶縁型電流センシング回路
      1.      24
    4.     ±50mV 入力および差動出力を備えた絶縁型電流検出回路
      1.      26
    5.     ±250mV の入力範囲、シングルエンド出力電圧の絶縁型電流センシング回路
      1.      設計目標
      2.      設計の説明
      3.      デザイン ノート
      4.      設計手順
      5.      設計シミュレーション
      6.      DC シミュレーション結果
      7.      閉ループの AC シミュレーション結果
      8.      過渡シミュレーション結果
      9.      設計の参照資料
      10.      設計に使用されている絶縁型アンプ
      11.      代替絶縁型アンプの設計
    6.     ±250mV 入力および差動出力の絶縁型電流測定回路
      1.      設計目標
      2.      設計の説明
      3.      デザイン ノート
      4.      設計手順
      5.      設計シミュレーション
      6.      DC シミュレーション結果
      7.      閉ループの AC シミュレーション結果
      8.      過渡シミュレーション結果
      9.      設計の参照資料
      10.      設計に使用されているオペアンプ
      11.      設計の代替オペアンプ
    7.     絶縁型過電流保護回路
      1.      52
    8.     差動出力 (絶縁型) アンプからシングルエンド入力 ADC への接続
      1.      54
    9.     AMC3311 を使用して、AMC23C11 に絶縁型センシングとフォルト検出用の電力供給を行う
      1.      アプリケーション ブリーフ
    10.     フロントエンド ゲイン段を備えた絶縁型電流センシング回路
      1.      58
    11.     絶縁型シャント電流検出と閉ループ電流検出の精度の比較
      1.      60
  6.   電圧検出
    1.     絶縁型電圧センシングによる電力変換およびモーター制御の効率性の最大化
      1.      63
      2.      高電圧センシング向けソリューション
      3.      統合型抵抗デバイス
      4.      シングルエンド出力デバイス
      5.      統合型絶縁型電圧センシングのユース ケース
      6.      まとめ
      7.      その他の資料
    2.     高電圧抵抗内蔵の絶縁型アンプおよび変調器で精度と性能を向上
      1.      概要
      2.      はじめに
      3.      高電圧抵抗の絶縁型アンプおよび変調器の利点
        1.       省スペース
        2.       内蔵 HV 抵抗による温度および寿命ドリフトの向上
        3.       精度の結果
        4.       完全に内蔵された抵抗と追加外付け抵抗の例
        5.       デバイス選択ツリーおよび AC/DC の一般的な使用事例
      4.      まとめ
      5.      参考資料
    3.     差動、シングルエンド固定ゲイン、レシオメトリック出力を備えた電圧センシング アプリケーション向け絶縁型アンプ
      1.      概要
      2.      はじめに
      3.      差動、シングルエンド固定ゲイン、レシオメトリック出力の概要
        1.       差動出力を備えた絶縁型アンプ
        2.       シングルエンド固定ゲイン出力を備えた絶縁型アンプ
        3.       シングルエンド レシオメトリック出力を備えた絶縁型アンプ
      4.      アプリケーションの例
        1.       製品選択ツリー
      5.      まとめ
      6.      参考資料
    4.     ±250mV 入力および差動出力、絶縁型電圧測定回路
      1.      93
    5.     AMC3330 を使用したライン間絶縁型電圧測定用の分岐タップ接続
      1.      95
    6.     絶縁アンプと疑似差動入力 SAR ADC を使用した ±12V の電圧センシング回路
      1.      97
    7.     絶縁アンプと差動入力 SAR ADC を使用した ±12V の電圧センシング回路
      1.      99
    8.     絶縁型の低電圧および過電圧検出回路
      1.      101
    9.     絶縁型ゼロクロス検出回路
      1.      103
    10.     差動出力を持つ ±480V の絶縁電圧センシング回路
      1.      105
  7.   EMI 性能
    1.     絶縁型アンプによるクラス最高の放射エミッション EMI 性能
      1.      絶縁型アンプによるクラス最高の放射エミッション EMI 性能
      2.      はじめに
      3.      テキサス・インスツルメンツの現行世代の絶縁型アンプの放射エミッション性能
      4.      テキサス・インスツルメンツの前世代の絶縁型アンプの放射エミッション性能
      5.      まとめ
      6.      参考資料
    2.     AMC3301 ファミリの放射エミッション EMI を減衰させるためのベスト プラクティス
      1.      概要
      2.      はじめに
      3.      入力接続が AMC3301 ファミリの放射エミッションに及ぼす影響
      4.      AMC3301 ファミリの放射エミッションの減衰
        1.       フェライト ビーズとコモン モード チョーク
        2.       AMC3301 ファミリの PCB 回路図とレイアウトのベスト プラクティス
      5.      複数の AMC3301 デバイスの使用
        1.       デバイスの配置
        2.       複数の AMC3301 の PCB レイアウトのベスト プラクティス
      6.      まとめ
      7.      AMC3301 製品ファミリの特性表
  8.   最終製品
    1.     HEV/EV におけるシャント ベースとホール ベースの絶縁型電流センシング ソリューションの比較
      1.      128
    2.     EV (電気自動車) の DC 充電アプリケーションにおける電流センシングの設計上の考慮事項
      1.      概要
      2.      はじめに
        1.       電気自動車用 DC 充電ステーション
        2.       電流センシング技術の選択および等価モデル
          1.        シャント方式のソリューションによる電流センシング
          2.        センシング技術の等価モデル
      3.      AC/DCコンバータの電流センシング
        1.       AC/DC の基本的なハードウェアおよび制御の説明
          1.        AC 電流制御ループ
          2.        DC 電圧制御ループ
        2.       ポイント A、 B – AC/DC AC 位相電流センシング
          1.        帯域幅の影響
            1.         定常状態分析：基本電流およびゼロクロス電流
            2.         過渡分析：ステップ電力応答および一時的な電圧低下応答
          2.        レイテンシの影響
            1.         故障分析：グリッド短絡
          3.        ゲイン誤差の影響
            1.         ゲイン誤差に起因する AC/DC の電源の外乱
            2.         ゲイン誤差に起因する電源の外乱に対する AC/DC 応答
          4.        オフセットの影響
        3.       ポイント C、D – AC/DC DC リンク電流センシング
          1.        帯域幅のフィードフォワード性能への影響
          2.        レイテンシの電源スイッチ保護への影響
          3.        ゲイン誤差の電力測定への影響
            1.         過渡分析：ポイント D のフィードフォワード
          4.        オフセットの影響
        4.       ポイント A、B、C1/2、D1/2 におけるプラス要素とマイナス要素の概要および推奨製品
      4.      DC/DCコンバータの電流センシング
        1.       位相シフト制御を備えた絶縁型 DC/DC コンバータの基本動作原理
        2.       ポイント E、F - DC/DC 電流センシング
          1.        帯域幅の影響
          2.        ゲイン誤差の影響
          3.        オフセット誤差の影響
        3.       ポイント G - DC/DC タンク電流センシング
        4.       センシング ポイント E、F、G の概要と推奨製品
      5.      まとめ
      6.      参考資料
    3.     絶縁型コンパレータを使用して電動モーター ドライブの故障を検出
      1.      はじめに
      2.      電動モーター ドライブの概要
      3.      電動モーター ドライブの障害イベントについて
      4.      電動モーター ドライブで信頼性の高い検出と保護を実現
      5.      使用事例 1：双方向の同相過電流検出
      6.      使用事例 2：DC+ の過電流検出
      7.      使用事例 3：DC– 過電流または短絡の検出
      8.      使用事例 4：DC リンク (DC+ から DC –) の過電圧および低電圧の検出
      9.      使用事例 5：IGBT モジュールの過熱検出
    4.     モーター ドライブにおける UCC23513 フォトカプラ互換絶縁型ゲートドライバ向けディスクリート DESAT
      1.      概要
      2.      はじめに
      3.      DESAT 機能を内蔵した絶縁型ゲート ドライバに関するシステムの課題
      4.      UCC23513 および AMC23C11 を使用したシステム アプローチ
        1.       システムの概要と主な仕様
        2.       回路図の設計
          1.        回路図
          2.        VCE(DESAT) スレッショルドおよび DESAT バイアス電流の構成
          3.        DESAT ブランキング時間
          4.        DESAT グリッチ除去フィルタ
        3.       リファレンス PCB レイアウト
      5.      シミュレーションおよびテスト結果
        1.       シミュレーション回路と結果
          1.        シミュレーション回路
          2.        シミュレーション結果
        2. 3 相 IGBT インバータによるテスト結果
          1.        ブレーキ IGBT テスト
          2.        位相間短絡が発生した 3 相インバータのテスト結果
      6.      まとめ
      7.      参考資料
    5.     AC モーター ドライブの絶縁型電圧検出
      1.      はじめに
      2.      まとめ
      3.      参考資料
    6.     サーバー PSU で電流と電圧の高性能絶縁型センシングを実現
      1.      アプリケーション ブリーフ
  9.   その他のリファレンス デザイン / 回路
    1.     絶縁型アンプ用ブートストラップ チャージ ポンプ電源の設計
      1.      概要
      2.      はじめに
      3.      ブートストラップ電源の設計
        1.       チャージ ポンプ コンデンサの選択
        2.       TINA-TI でのシミュレーション
        3.       AMC1311-Q1 によるハードウェア テスト
      4.      まとめ
      5.      リファレンス
    2.     MCU への絶縁型変調器のデジタル インターフェイスによるクロック エッジ遅延補償
      1.      概要
      2.      はじめに
      3.      デジタル インターフェイスのタイミング仕様に関する設計上の課題
      4.      クロック エッジ遅延補償を使用した設計アプローチ
        1.       ソフトウェアで設定可能な位相遅延によるクロック信号補償
        2.       ハードウェアで構成可能な位相遅延によるクロック信号補償
        3.       クロック復帰によるクロック信号補償
        4.       MCU におけるクロック反転によるクロック信号補償
      5.      テストと検証
        1.       試験装置とソフトウェア
        2.       ソフトウェアで設定可能な位相遅延によるクロック信号補償のテスト
          1.        テスト構成
          2.        テスト測定結果
        3.       MCU におけるクロック反転によるクロック信号補償のテスト
          1.        テスト構成
          2.        テスト測定結果
            1.         テスト結果 – GPIO123 でのクロック入力の反転なし
            2.         テスト結果 – GPIO123 でのクロック入力のクロック反転
        4.       計算ツールによるデジタル インターフェイス タイミングの検証
          1.        補償方法のないデジタル インターフェイス
          2.        一般的に使用される方法 - クロック周波数の低減
          3.        ソフトウェアで設定可能な位相遅延によるクロック エッジ補償
      6.      まとめ
      7.      参考資料
    3.     AMC3311 を使用して、AMC23C11 に絶縁型センシングとフォルト検出用の電力供給を行う
      1.      アプリケーション ブリーフ

ISO224 入力電圧 ISO 出力、ADC 入力 (VOUTP - VOUTN) デジタル出力 ADS7945
+12V +4V 1999H
-12V -4V E666H
電源および基準電圧
VDD1 VDD2 および AVDD REF5050 の外部基準電圧
15V 5V 5V

設計の説明

この回路は、ISO224 絶縁アンプと ADS745 SAR ADC を活用して ±12V の絶縁電圧センシングを行います。ISO224 は ±12V の真の差動信号を ⅓V/V の固定ゲインで測定し、VDD2/2 の出力同相電圧で絶縁差動出力電圧を生成できます。ADS7945 は、フルスケール入力電圧が ±VREF、同相入力電圧が VREF/2±200mV の完全差動入力 ADC です。+5V の基準電圧を選択すると、ADS7945 は ISO224 からのフルスケールおよび同相出力に対応できます。ISO224 の出力を完全差動入力 ADC でキャプチャすると、シングルエンド変換と比べてシステムのダイナミック レンジは 2 倍になります。保護リレー、チャネル間絶縁された ±10V アナログ入力カード、インバータとモーター制御など多くの産業用高電圧アプリケーションに適用できます。本書の「部品選定」の式と説明は、各システムの仕様や要求に応じてカスタマイズできます。

仕様

仕様 計算結果 シミュレーション結果
100kSPS での ADC 過渡入力電圧セトリング 305µV 11µV
コンディショニングされた信号の範囲 ±4V ±4V
入力でのノイズ 1.9mVRMS 1.73mVRMS
閉ループ帯域幅 175kHz 185kHz

デザイン ノート

  1. 低消費電力であること、アナログ入力構造が ISO224 と互換であることから、ADS7945 を選択しました。
  2. システムが、目的の入力信号範囲について線形動作することを確認します。これは、「DC 伝達特性」セクションで、シミュレーションにより検証しています。
  3. 歪みを最小限に抑えるため、CFILT には C0G コンデンサを選択します。
  4. 『Understanding and Calibrating the Offset and Gain for ADC Systems』で、誤差解析の方法を説明しています。ゲイン、オフセット、ドリフト、およびノイズの誤差を最小限に抑える方法については、リンク先をご覧ください。
  5. TI プレシジョン ラボ - ADC トレーニング ビデオ シリーズでは、電荷バケツ回路の RFILT と CFILT を選択する方法について解説しています。これらの部品の値はアンプの帯域幅、データ コンバータのサンプリング レート、データ コンバータの設計に依存します。ここに示す値は、この例のアンプとデータ コンバータで適切なセトリングとAC性能を実現します。設計を変更する場合は、別のRCフィルタを選定する必要があります。最高水準のセトリングと AC 性能を実現する RC フィルタの選定方法については、『Introduction to SAR ADC Front-End Component Selection』を参照してください。

部品選定

  1. 入力電圧範囲に基づいて絶縁アンプを選択し、出力同相電圧および出力電圧の範囲を決定します。

    ISO224：

    • ±12V のシングルエンド入力範囲
    • ⅓ の固定ゲインによる ±4V の差動出力
    • +2.5V の出力同相電圧
    • ハイサイド電源 4.5V～18V、ローサイド電源 4.5V～5.5V
    • 入力オフセット：25℃で ±5mV、±42µV/℃ (最大値)
    • ゲイン誤差：25℃で ±0.3%、±50ppm/℃ (最大値)
    • 非線形性：±0.01%、±1ppm/℃ (最大値)
    • 1.25MΩ の高い入力インピーダンス

  2. ISO224 の +2.5V の同相および ±4V の差動出力と組み合わせるため、適切な同相および差動入力範囲の ADC を選択します。

    ADS7945：

    • ±5V の最大アナログ入力範囲
    • フルスケール入力範囲は ± 基準電圧で設定
    • 入力同相範囲は VREF/2±0.2V
    • 2.7V～5.25V の電源
    • 84dB の高 SNR、2Msps で 11.6mW の低消費電力

  3. ISO224 の同相出力 2.5V と、ADS7945 の同相入力電圧 VREF/2±0.2V により設定される同相制限をサポートできる基準電圧を選択します。これは、基準出力電圧が 5V、低ノイズである必要があり、入力電圧は構成可能が望ましいことを意味します。

    REF5050：

    • 5V 出力
    • 5.2V～18V の入力電圧の電源
    • 3μVPP/V のノイズ

  4. 入力信号のセトリングと 100ksps のサンプル レートに合わせて R1FILT、R2FILT、CFILT を選択します。

    TI Precision Labs のビデオ『Refine the RFILT and CFILT Values』では、RFILT とCFILT の選定方法を説明しています。最終的に、120Ω と 510pF という値で、アクイジション時間内に最下位ビット (LSB) の 1/2 を優に下回るまでセトリングできることが分かりました。

DC 伝達特性

次のグラフは、±15V の入力に対する出力のシミュレーション結果を示しています。目標の線形範囲は、±12V 入力に対して ±4V の出力です。このシミュレーションは、線形出力範囲が要件を十分上回る約 ±4.6V であることを示しています。

この伝達関数は、ISO224 のゲインが ⅓ であること (すなわち、ゲイン VIN = VOUT、(⅓)·(12V) = 4V) を示しています。

AC 伝達特性

シミュレートされた帯域幅は約 186kHz、ゲインは -9.57dB (または 0.332V/V) であり、これは、ISO224 のゲインと帯域幅の期待値 (仕様値：fc = 175kHz、ゲイン = 0.333V/V) とほぼ一致しています。

ADC 過渡入力電圧セトリング シミュレーション

以下に、アクイジション時間が 9.6μs のときの過渡セトリングのシミュレーション結果を示します。11μV のセトリング誤差は、0.5 × LSB の制限である 305μV を十分に下回っています。この件の詳しい理論については、『Refine the Rfilt and Cfilt Values』を参照してください。

ノイズ シミュレーション

以下のノイズの計算では、ISO224 のノイズのみに着目しています。ISO224 のノイズは、回路内のその他のノイズ源よりもはるかに大きいため、総ノイズは ISO224 のノイズに等しいと近似できます。B グレードについても同じ方法を使用できます。

ノイズのシミュレーション結果は、計算された期待値を上回っています。この差は、シミュレーション モデルでのノイズのピーキングが原因です。ノイズのピーキングは計算に含まれていません。この件の詳しい理論については、『Calculating the Total Noise for ADC Systems』を参照してください。

使用デバイス

デバイス 主な特長 リンク 類似デバイス
ISO224 ±12V のシングルエンド入力範囲、⅓ の固定ゲイン、±4V の差動出力を生成、出力同相電圧 +2.5V、ハイサイド電源 4.5V～18V、ローサイド電源 4.5V～5.5V、入力オフセット：25℃で ±5mV、最大値 ±42µV/℃、ゲイン誤差：25℃で ±0.3%、最大値 ±50ppm/℃、非直線性：最大値 ±0.01%、±1ppm/℃、1.25MΩ の高入力インピーダンス www.ti.com/product/ISO224 www.ti.com/isoamps
ADS7945

±5V の最大アナログ入力範囲、フルスケール入力スパンは ± 基準電圧で設定、入力同相範囲は VREF/2±0.2V、電源 2.7V～5.25V、84dB の高い SNR、2Msps で 11.6mW の低消費電力

 www.ti.com/product/ADS7945 http://www.ti.com/opamps
REF5050 ドリフト：3ppm/℃、初期精度：0.05%、ノイズ：4µVpp/V www.ti.com/product/REF5050 http://www.ti.com/vref

設計の参照資料

テキサス・インスツルメンツの総合的な回路ライブラリについては、『アナログ エンジニア向け回路クックブック』を参照してください。

主要なファイルへのリンク

絶縁設計の TINA ファイルを参照してください。